輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)新技術(shù)

目錄一、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)重要性二、電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)三、輸變電線路的電磁環(huán)境及監(jiān)測(cè)四、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)五、總結(jié)與展望大氣污染噪聲污染電磁污染水污染四大污染電磁輻射是繼水、噪聲、大氣之后的第四大環(huán)境污染源，隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，各個(gè)地區(qū)城市化進(jìn)程的加快及對(duì)供電可靠率要求的提高，高壓、超高壓和特高壓輸電越來(lái)越普遍，輸變電線路產(chǎn)生的電磁污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。電磁環(huán)境問(wèn)題已引起環(huán)保、電力等相關(guān)部門甚至公眾的關(guān)注。

從另一方面講，公眾普遍擔(dān)心高壓線路附近的地面工頻電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生巨大危害，電磁環(huán)境糾紛及當(dāng)?shù)厝罕姼蓴_輸變電工程建設(shè)事件時(shí)有發(fā)生；高壓交流輸電線路附近地面工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)的限值要求也決定了鐵塔的高度和輸電走廊的寬度等，對(duì)建設(shè)成本有直接影響，了解和掌握運(yùn)行中的各類輸變電設(shè)備周圍實(shí)際電磁環(huán)境水平和影響范圍顯得尤為重要。一、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)重要性一、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)重要性國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)(ICNIRP)曾在1998提出電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度對(duì)人體危害的標(biāo)準(zhǔn)為100微特斯拉（0.1mT）。2007年，這一標(biāo)準(zhǔn)被世界衛(wèi)生組織正式推薦，并被世界上許多國(guó)家采納。

目前我國(guó)也以100微特斯拉作為國(guó)家電磁場(chǎng)輻射強(qiáng)度對(duì)人體危害的安全標(biāo)準(zhǔn)。二、電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于工頻電磁場(chǎng)對(duì)人體健康和生態(tài)的影響，國(guó)內(nèi)外包括醫(yī)學(xué)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、電力部門、高校研究機(jī)構(gòu)等都進(jìn)行了大量的研究工作，取得了一些成果，但是關(guān)于工頻磁場(chǎng)對(duì)人體的長(zhǎng)期影響目前尚無(wú)定論。三、輸變電線路的電磁環(huán)境及監(jiān)測(cè)

運(yùn)行中的輸變電設(shè)備在其周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)以電磁波形式通過(guò)空間傳播能量流。我國(guó)輸變電設(shè)備的工作頻率是50Hz，屬于低頻電磁場(chǎng)。

輸變電線路所產(chǎn)生電磁場(chǎng)及其環(huán)境問(wèn)題主要考慮監(jiān)測(cè)對(duì)象：工頻電場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)、由電暈放電引起的可聽(tīng)噪聲及無(wú)線電干擾

工頻電場(chǎng)工頻磁場(chǎng)由電暈放電引起的可聽(tīng)噪聲無(wú)線電干擾電磁污染源調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)查目的為了快速開(kāi)展治理工作，切實(shí)保護(hù)環(huán)境，造福人類，對(duì)電磁污染進(jìn)行調(diào)查研究，有利于找準(zhǔn)污染源和電磁污染分布規(guī)律，為評(píng)價(jià)和污染防治提供依據(jù)。調(diào)查內(nèi)容及程序首先調(diào)查主要射頻設(shè)備的分布使用情況、發(fā)射頻率范圍和額定功率，周圍現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、人口分布等情況；再進(jìn)行布點(diǎn)與監(jiān)測(cè)，電磁污染源產(chǎn)生的場(chǎng)可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，衡量場(chǎng)的大小用電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度H。電磁輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)（1）對(duì)環(huán)境中電磁輻射水平進(jìn)行監(jiān)測(cè)；（2）對(duì)污染源進(jìn)行監(jiān)督性監(jiān)測(cè)；

（3）為征收排污費(fèi)或處理電磁輻射污染環(huán)境案件提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

（4）為編制電磁輻射環(huán)境影響報(bào)告書（表）和編寫環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書提供有關(guān)監(jiān)測(cè)資料，進(jìn)行有關(guān)電磁輻射環(huán)境保護(hù)的監(jiān)測(cè)；

（5）對(duì)環(huán)境保護(hù)設(shè)施竣工驗(yàn)收的各環(huán)境保護(hù)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)模型模擬及預(yù)測(cè)類比監(jiān)測(cè)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)儀器監(jiān)測(cè)發(fā)展成熟的監(jiān)測(cè)技術(shù)四、輸變電線路電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展不成熟的監(jiān)測(cè)技術(shù)在《電磁輻射暴露限值和測(cè)量方法》(征求意見(jiàn)稿)[2]中，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局詳細(xì)介紹了2種電磁輻射監(jiān)測(cè)儀及其要求窄帶輻射的測(cè)量設(shè)備寬帶輻射的測(cè)量設(shè)備對(duì)窄帶輻射的測(cè)量設(shè)備的要求：場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量設(shè)備具備方向性響應(yīng)或各向同性，其帶寬可以接收并處理特定輻射的每個(gè)頻譜分量，如微波輻射、場(chǎng)強(qiáng)計(jì)和泄漏測(cè)量?jī)x等。用于測(cè)量寬頻段電磁輻射的寬帶測(cè)量設(shè)備，在使用具有方向性的探頭的時(shí)候，應(yīng)以測(cè)出最大的輻射電頻為準(zhǔn)來(lái)調(diào)整探頭的方向。測(cè)量設(shè)備具有的量程和頻率范圍應(yīng)能夠滿足測(cè)量的需要，其準(zhǔn)確度應(yīng)保證不超過(guò)3dB。對(duì)寬帶輻射的測(cè)量設(shè)備的要求：

場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量設(shè)備要求能夠接收并處理帶寬內(nèi)某特定輻射的一部分頻譜分量，例如達(dá)到《無(wú)線電干擾和抗干擾測(cè)量設(shè)備規(guī)范》(GB/T6113.1-1995)中的要求的頻譜儀、測(cè)量接收機(jī)以及天線組合等。窄帶測(cè)量設(shè)備是用于測(cè)量具有單個(gè)或者已知的頻率的電磁輻射。電磁輻射監(jiān)測(cè)儀模型的模擬及預(yù)測(cè)現(xiàn)有的預(yù)測(cè)模型都是將復(fù)雜的實(shí)際情況簡(jiǎn)化成理想的狀態(tài)來(lái)計(jì)算和預(yù)測(cè)輸變電線路電磁場(chǎng)分布情況，其簡(jiǎn)化如下[1]：(1)大地為無(wú)窮大導(dǎo)體平面，電位為零。(2)輸電導(dǎo)線是有著相同半徑、彼此間相互平行且與地面平行的無(wú)限長(zhǎng)光滑圓柱形導(dǎo)體，導(dǎo)線表面為等位面。(3)電壓等級(jí)已知，電荷分布沿線路無(wú)畸變，即不考慮線路電壓降落，并且忽略導(dǎo)體支持物(包括鐵塔、金具和絕緣子等)及任何其它鄰近物體的影響。(4)導(dǎo)線對(duì)地高度可按平均對(duì)地高度

考慮(其中，

為導(dǎo)線懸掛點(diǎn)對(duì)地高度，

為對(duì)應(yīng)于年平均溫度的導(dǎo)線弧垂)或一年中可能出現(xiàn)的最低高度

。(即炎熱夏季線路滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)檔距中央的對(duì)地高度)考慮。經(jīng)過(guò)上述假定，求解特高壓交流輸電線路表面電位梯度和線下空間電場(chǎng)問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為二維交變電場(chǎng)問(wèn)題，在工頻條件下可作為二維靜電場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行分析。[1]牛林,趙建國(guó),特高壓交流輸電線路電磁環(huán)境參數(shù)預(yù)測(cè)研究:[D].山東:山東大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化,2008.模型的模擬及預(yù)測(cè)的建模工頻磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的建立理論基礎(chǔ)由于工頻情況下電磁性能的準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì)，線路的磁場(chǎng)僅由電流產(chǎn)生。架空線路產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)①特高壓交流單回輸電線路②特高壓交流同塔雙回輸電線路高壓交流輸電線路工頻磁場(chǎng)的橫向分布特性①單回路排列方式②雙回路排列方式高壓交流輸電線路可聽(tīng)噪聲的預(yù)測(cè)研究(1)直接預(yù)測(cè)型：只適用于特定的線路結(jié)構(gòu)類型(例如單回路水平排列)或者特定的電壓等級(jí)(例如550kV)；

(2)間接預(yù)測(cè)型：可適用于各種線路結(jié)構(gòu)類型(例如單回路、雙回路、水平排列、三角排列或垂直排列)和各種電壓等級(jí)。無(wú)線電干擾的預(yù)測(cè)模型(1)激發(fā)函數(shù)的確定(2)無(wú)線電干擾電壓的傳播(3)無(wú)線電干擾場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算輸變電線路電磁環(huán)境的監(jiān)測(cè)方法(1)儀器測(cè)量(2)模型與軟件的模擬及預(yù)測(cè)(3)類比測(cè)量監(jiān)測(cè)技術(shù)缺點(diǎn)(1)電磁測(cè)量為手動(dòng)，需要專門有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)量人員，且存在安全風(fēng)險(xiǎn)；(2)人工測(cè)量難以得到全時(shí)段的電磁分布情況，測(cè)量點(diǎn)分布多、分布要求繁瑣，工作量大；(3)存在不易測(cè)量的地點(diǎn)，且測(cè)量時(shí)對(duì)氣候要求高。(1)我國(guó)特高壓輸電線路為多相交流，各種線路情況及沿線電荷分布均不相同，建模簡(jiǎn)化后使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際有較大的差異；(2)電磁場(chǎng)的分布還與當(dāng)時(shí)的氣象條件等有密切的關(guān)系；(3)預(yù)測(cè)模型本身也存在著不可靠性。(1)類比測(cè)量存在當(dāng)具體要測(cè)到某條線路，很難找到建設(shè)規(guī)模、電壓等級(jí)、容量、架線形式及使用條件等各方面都類似的輸電線路；(2)類比測(cè)量的精度不高。監(jiān)測(cè)技術(shù)輸電線路的電磁環(huán)境在線檢測(cè)技術(shù)國(guó)內(nèi)對(duì)于輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究始于2000年左右，然而對(duì)輸變電線路電磁環(huán)境的在線監(jiān)測(cè)還處于初級(jí)階段。

輸變電線路的電磁在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要針對(duì)工頻電磁場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括三個(gè)組成部分監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)基站監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)單元監(jiān)測(cè)單元即工頻電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集及顯示系統(tǒng)1.工頻電磁數(shù)據(jù)采集模塊2.時(shí)間同步采集模塊3.數(shù)據(jù)顯示模塊4.數(shù)據(jù)傳送模塊5.電源系統(tǒng)6.主控制器一種集數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)、傳送于一體的輸變電設(shè)備電磁環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)基站是輸變電線路附近的集中處理若干監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)收發(fā)工作一個(gè)中轉(zhuǎn)站監(jiān)測(cè)中心將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)測(cè)中心監(jiān)控中心完成的功能包括：輸電線路監(jiān)測(cè)中心通訊系統(tǒng)、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)理分析模型、防范措施分析及輔助決策系統(tǒng)、輸電線路信息發(fā)布系統(tǒng)。電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用電源線直接供電會(huì)對(duì)傳感器產(chǎn)生很大的引入誤差。電源線引入的干擾誤差主要來(lái)源于供電導(dǎo)線的靜電感應(yīng)。因此，供電導(dǎo)線實(shí)行多段隔離可極大地減弱電纜引入的對(duì)測(cè)量單元的干擾。其中主電路的功能是將輸入的交流電轉(zhuǎn)變成蓄電池負(fù)載需要的直流電，控制回路的功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充放電和物理隔離的核心?？刂苹芈分麟娐贩谴判苑栏袘?yīng)支架的設(shè)計(jì)該支架具有防水、防高溫等功能，滿足全天候工作要求，并且可有效屏蔽外界固定裝置的接入對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

支架內(nèi)具有導(dǎo)流層，可與空氣形成對(duì)流，有利于封閉層內(nèi)各部件的散熱，避免戶外高溫環(huán)境下因長(zhǎng)時(shí)間工作引起系統(tǒng)過(guò)熱而影響穩(wěn)定性和精度情況的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)首先通過(guò)控制器對(duì)外設(shè)進(jìn)行初始化，數(shù)據(jù)的顯示刷新率為8s，數(shù)據(jù)保存的刷新率為5min。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取與發(fā)送采用中斷的方式進(jìn)行，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的外傳操作時(shí)系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到相應(yīng)的中斷信號(hào)，并進(jìn)入數(shù)據(jù)的讀取傳送操作程序，在傳送的同時(shí)也要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、顯示等，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口傳送至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可進(jìn)行下一步的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、數(shù)據(jù)分析等。此外，系統(tǒng)開(kāi)始工作后，主控制器需不斷檢測(cè)傳